git.sesse.net Git - stockfish/blob - src/evaluate.cpp

   1 /*
   2   Stockfish, a UCI chess playing engine derived from Glaurung 2.1
   3   Copyright (C) 2004-2008 Tord Romstad (Glaurung author)
   4   Copyright (C) 2008-2015 Marco Costalba, Joona Kiiski, Tord Romstad
   5   Copyright (C) 2015-2018 Marco Costalba, Joona Kiiski, Gary Linscott, Tord Romstad
   6
   7   Stockfish is free software: you can redistribute it and/or modify
   8   it under the terms of the GNU General Public License as published by
   9   the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
  10   (at your option) any later version.
  11
  12   Stockfish is distributed in the hope that it will be useful,
  13   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  14   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  15   GNU General Public License for more details.
  16
  17   You should have received a copy of the GNU General Public License
  18   along with this program.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
  19 */
  20
  21 #include <algorithm>
  22 #include <cassert>
  23 #include <cstring>   // For std::memset
  24 #include <iomanip>
  25 #include <sstream>
  26
  27 #include "bitboard.h"
  28 #include "evaluate.h"
  29 #include "material.h"
  30 #include "pawns.h"
  31
  32 namespace {
  33
  34   const Bitboard Center      = (FileDBB | FileEBB) & (Rank4BB | Rank5BB);
  35   const Bitboard QueenSide   = FileABB | FileBBB | FileCBB | FileDBB;
  36   const Bitboard CenterFiles = FileCBB | FileDBB | FileEBB | FileFBB;
  37   const Bitboard KingSide    = FileEBB | FileFBB | FileGBB | FileHBB;
  38
  39   const Bitboard KingFlank[FILE_NB] = {
  40     QueenSide, QueenSide, QueenSide, CenterFiles, CenterFiles, KingSide, KingSide, KingSide
  41   };
  42
  43   namespace Trace {
  44
  45     enum Tracing {NO_TRACE, TRACE};
  46
  47     enum Term { // The first 8 entries are for PieceType
  48       MATERIAL = 8, IMBALANCE, MOBILITY, THREAT, PASSED, SPACE, INITIATIVE, TOTAL, TERM_NB
  49     };
  50
  51     double scores[TERM_NB][COLOR_NB][PHASE_NB];
  52
  53     double to_cp(Value v) { return double(v) / PawnValueEg; }
  54
  55     void add(int idx, Color c, Score s) {
  56       scores[idx][c][MG] = to_cp(mg_value(s));
  57       scores[idx][c][EG] = to_cp(eg_value(s));
  58     }
  59
  60     void add(int idx, Score w, Score b = SCORE_ZERO) {
  61       add(idx, WHITE, w); add(idx, BLACK, b);
  62     }
  63
  64     std::ostream& operator<<(std::ostream& os, Term t) {
  65
  66       if (t == MATERIAL || t == IMBALANCE || t == Term(PAWN) || t == INITIATIVE || t == TOTAL)
  67           os << "  ---   --- |   ---   --- | ";
  68       else
  69           os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] << " "
  70              << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] << " | "
  71              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][MG] << " "
  72              << std::setw(5) << scores[t][BLACK][EG] << " | ";
  73
  74       os << std::setw(5) << scores[t][WHITE][MG] - scores[t][BLACK][MG] << " "
  75          << std::setw(5) << scores[t][WHITE][EG] - scores[t][BLACK][EG] << " \n";
  76
  77       return os;
  78     }
  79   }
  80
  81   using namespace Trace;
  82
  83   // Evaluation class contains various information computed and collected
  84   // by the evaluation functions.
  85   template<Tracing T = NO_TRACE>
  86   class Evaluation {
  87
  88   public:
  89     Evaluation() = delete;
  90     Evaluation(const Position& p) : pos(p) {}
  91     Evaluation& operator=(const Evaluation&) = delete;
  92
  93     Value value();
  94
  95   private:
  96     // Evaluation helpers (used when calling value())
  97     template<Color Us> void initialize();
  98     template<Color Us> Score evaluate_king();
  99     template<Color Us> Score evaluate_threats();
 100     template<Color Us> Score evaluate_passed_pawns();
 101     template<Color Us> Score evaluate_space();
 102     template<Color Us, PieceType Pt> Score evaluate_pieces();
 103     ScaleFactor evaluate_scale_factor(Value eg);
 104     Score evaluate_initiative(Value eg);
 105
 106     // Data members
 107     const Position& pos;
 108     Material::Entry* me;
 109     Pawns::Entry* pe;
 110     Bitboard mobilityArea[COLOR_NB];
 111     Score mobility[COLOR_NB] = { SCORE_ZERO, SCORE_ZERO };
 112
 113     // attackedBy[color][piece type] is a bitboard representing all squares
 114     // attacked by a given color and piece type. Special "piece types" which are
 115     // also calculated are QUEEN_DIAGONAL and ALL_PIECES.
 116     Bitboard attackedBy[COLOR_NB][PIECE_TYPE_NB];
 117
 118     // attackedBy2[color] are the squares attacked by 2 pieces of a given color,
 119     // possibly via x-ray or by one pawn and one piece. Diagonal x-ray through
 120     // pawn or squares attacked by 2 pawns are not explicitly added.
 121     Bitboard attackedBy2[COLOR_NB];
 122
 123     // kingRing[color] is the zone around the king which is considered
 124     // by the king safety evaluation. This consists of the squares directly
 125     // adjacent to the king, and (only for a king on its first rank) the
 126     // squares two ranks in front of the king. For instance, if black's king
 127     // is on g8, kingRing[BLACK] is a bitboard containing the squares f8, h8,
 128     // f7, g7, h7, f6, g6 and h6.
 129     Bitboard kingRing[COLOR_NB];
 130
 131     // kingAttackersCount[color] is the number of pieces of the given color
 132     // which attack a square in the kingRing of the enemy king.
 133     int kingAttackersCount[COLOR_NB];
 134
 135     // kingAttackersWeight[color] is the sum of the "weights" of the pieces of the
 136     // given color which attack a square in the kingRing of the enemy king. The
 137     // weights of the individual piece types are given by the elements in the
 138     // KingAttackWeights array.
 139     int kingAttackersWeight[COLOR_NB];
 140
 141     // kingAdjacentZoneAttacksCount[color] is the number of attacks by the given
 142     // color to squares directly adjacent to the enemy king. Pieces which attack
 143     // more than one square are counted multiple times. For instance, if there is
 144     // a white knight on g5 and black's king is on g8, this white knight adds 2
 145     // to kingAdjacentZoneAttacksCount[WHITE].
 146     int kingAdjacentZoneAttacksCount[COLOR_NB];
 147   };
 148
 149   #define V(v) Value(v)
 150   #define S(mg, eg) make_score(mg, eg)
 151
 152   // MobilityBonus[PieceType-2][attacked] contains bonuses for middle and end game,
 153   // indexed by piece type and number of attacked squares in the mobility area.
 154   const Score MobilityBonus[][32] = {
 155     { S(-75,-76), S(-57,-54), S( -9,-28), S( -2,-10), S(  6,  5), S( 14, 12), // Knights
 156       S( 22, 26), S( 29, 29), S( 36, 29) },
 157     { S(-48,-59), S(-20,-23), S( 16, -3), S( 26, 13), S( 38, 24), S( 51, 42), // Bishops
 158       S( 55, 54), S( 63, 57), S( 63, 65), S( 68, 73), S( 81, 78), S( 81, 86),
 159       S( 91, 88), S( 98, 97) },
 160     { S(-58,-76), S(-27,-18), S(-15, 28), S(-10, 55), S( -5, 69), S( -2, 82), // Rooks
 161       S(  9,112), S( 16,118), S( 30,132), S( 29,142), S( 32,155), S( 38,165),
 162       S( 46,166), S( 48,169), S( 58,171) },
 163     { S(-39,-36), S(-21,-15), S(  3,  8), S(  3, 18), S( 14, 34), S( 22, 54), // Queens
 164       S( 28, 61), S( 41, 73), S( 43, 79), S( 48, 92), S( 56, 94), S( 60,104),
 165       S( 60,113), S( 66,120), S( 67,123), S( 70,126), S( 71,133), S( 73,136),
 166       S( 79,140), S( 88,143), S( 88,148), S( 99,166), S(102,170), S(102,175),
 167       S(106,184), S(109,191), S(113,206), S(116,212) }
 168   };
 169
 170   // Outpost[knight/bishop][supported by pawn] contains bonuses for minor
 171   // pieces if they can reach an outpost square, bigger if that square is
 172   // supported by a pawn. If the minor piece occupies an outpost square
 173   // then score is doubled.
 174   const Score Outpost[][2] = {
 175     { S(22, 6), S(36,12) }, // Knight
 176     { S( 9, 2), S(15, 5) }  // Bishop
 177   };
 178
 179   // RookOnFile[semiopen/open] contains bonuses for each rook when there is no
 180   // friendly pawn on the rook file.
 181   const Score RookOnFile[] = { S(20, 7), S(45, 20) };
 182
 183   // ThreatByMinor/ByRook[attacked PieceType] contains bonuses according to
 184   // which piece type attacks which one. Attacks on lesser pieces which are
 185   // pawn-defended are not considered.
 186   const Score ThreatByMinor[PIECE_TYPE_NB] = {
 187     S(0, 0), S(0, 33), S(45, 43), S(46, 47), S(72, 107), S(48, 118)
 188   };
 189
 190   const Score ThreatByRook[PIECE_TYPE_NB] = {
 191     S(0, 0), S(0, 25), S(40, 62), S(40, 59), S(0, 34), S(35, 48)
 192   };
 193
 194   // ThreatByKing[on one/on many] contains bonuses for king attacks on
 195   // pawns or pieces which are not pawn-defended.
 196   const Score ThreatByKing[] = { S(3, 62), S(9, 138) };
 197
 198   // Passed[mg/eg][Rank] contains midgame and endgame bonuses for passed pawns.
 199   // We don't use a Score because we process the two components independently.
 200   const Value Passed[][RANK_NB] = {
 201     { V(5), V( 5), V(31), V(73), V(166), V(252) },
 202     { V(7), V(14), V(38), V(73), V(166), V(252) }
 203   };
 204
 205   // PassedFile[File] contains a bonus according to the file of a passed pawn
 206   const Score PassedFile[FILE_NB] = {
 207     S(  9, 10), S( 2, 10), S( 1, -8), S(-20,-12),
 208     S(-20,-12), S( 1, -8), S( 2, 10), S(  9, 10)
 209   };
 210
 211   // KingProtector[PieceType-2] contains a bonus according to distance from king
 212   const Score KingProtector[] = { S(-3, -5), S(-4, -3), S(-3, 0), S(-1, 1) };
 213
 214   // Assorted bonuses and penalties used by evaluation
 215   const Score MinorBehindPawn       = S( 16,  0);
 216   const Score BishopPawns           = S(  8, 12);
 217   const Score LongRangedBishop      = S( 22,  0);
 218   const Score RookOnPawn            = S(  8, 24);
 219   const Score TrappedRook           = S( 92,  0);
 220   const Score WeakQueen             = S( 50, 10);
 221   const Score CloseEnemies          = S(  7,  0);
 222   const Score PawnlessFlank         = S( 20, 80);
 223   const Score ThreatBySafePawn      = S(192,175);
 224   const Score ThreatByRank          = S( 16,  3);
 225   const Score Hanging               = S( 48, 27);
 226   const Score WeakUnopposedPawn     = S(  5, 25);
 227   const Score ThreatByPawnPush      = S( 38, 22);
 228   const Score ThreatByAttackOnQueen = S( 38, 22);
 229   const Score HinderPassedPawn      = S(  7,  0);
 230   const Score TrappedBishopA1H1     = S( 50, 50);
 231
 232   #undef S
 233   #undef V
 234
 235   // KingAttackWeights[PieceType] contains king attack weights by piece type
 236   const int KingAttackWeights[PIECE_TYPE_NB] = { 0, 0, 78, 56, 45, 11 };
 237
 238   // Penalties for enemy's safe checks
 239   const int QueenSafeCheck  = 780;
 240   const int RookSafeCheck   = 880;
 241   const int BishopSafeCheck = 435;
 242   const int KnightSafeCheck = 790;
 243
 244   // Threshold for lazy and space evaluation
 245   const Value LazyThreshold  = Value(1500);
 246   const Value SpaceThreshold = Value(12222);
 247
 248
 249   // initialize() computes king and pawn attacks, and the king ring bitboard
 250   // for a given color. This is done at the beginning of the evaluation.
 251
 252   template<Tracing T> template<Color Us>
 253   void Evaluation<T>::initialize() {
 254
 255     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 256     const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 257     const Direction Down = (Us == WHITE ? SOUTH : NORTH);
 258     const Bitboard LowRanks = (Us == WHITE ? Rank2BB | Rank3BB: Rank7BB | Rank6BB);
 259
 260     // Find our pawns on the first two ranks, and those which are blocked
 261     Bitboard b = pos.pieces(Us, PAWN) & (shift<Down>(pos.pieces()) | LowRanks);
 262
 263     // Squares occupied by those pawns, by our king, or controlled by enemy pawns
 264     // are excluded from the mobility area.
 265     mobilityArea[Us] = ~(b | pos.square<KING>(Us) | pe->pawn_attacks(Them));
 266
 267     // Initialise the attack bitboards with the king and pawn information
 268     b = attackedBy[Us][KING] = pos.attacks_from<KING>(pos.square<KING>(Us));
 269     attackedBy[Us][PAWN] = pe->pawn_attacks(Us);
 270
 271     attackedBy2[Us]            = b & attackedBy[Us][PAWN];
 272     attackedBy[Us][ALL_PIECES] = b | attackedBy[Us][PAWN];
 273
 274     // Init our king safety tables only if we are going to use them
 275     if (pos.non_pawn_material(Them) >= RookValueMg + KnightValueMg)
 276     {
 277         kingRing[Us] = b;
 278         if (relative_rank(Us, pos.square<KING>(Us)) == RANK_1)
 279             kingRing[Us] |= shift<Up>(b);
 280
 281         kingAttackersCount[Them] = popcount(b & pe->pawn_attacks(Them));
 282         kingAdjacentZoneAttacksCount[Them] = kingAttackersWeight[Them] = 0;
 283     }
 284     else
 285         kingRing[Us] = kingAttackersCount[Them] = 0;
 286   }
 287
 288
 289   // evaluate_pieces() assigns bonuses and penalties to the pieces of a given
 290   // color and type.
 291
 292   template<Tracing T>  template<Color Us, PieceType Pt>
 293   Score Evaluation<T>::evaluate_pieces() {
 294
 295     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 296     const Bitboard OutpostRanks = (Us == WHITE ? Rank4BB | Rank5BB | Rank6BB
 297                                                : Rank5BB | Rank4BB | Rank3BB);
 298     const Square* pl = pos.squares<Pt>(Us);
 299
 300     Bitboard b, bb;
 301     Square s;
 302     Score score = SCORE_ZERO;
 303
 304     attackedBy[Us][Pt] = 0;
 305
 306     if (Pt == QUEEN)
 307         attackedBy[Us][QUEEN_DIAGONAL] = 0;
 308
 309     while ((s = *pl++) != SQ_NONE)
 310     {
 311         // Find attacked squares, including x-ray attacks for bishops and rooks
 312         b = Pt == BISHOP ? attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN))
 313           : Pt ==   ROOK ? attacks_bb<  ROOK>(s, pos.pieces() ^ pos.pieces(QUEEN) ^ pos.pieces(Us, ROOK))
 314                          : pos.attacks_from<Pt>(s);
 315
 316         if (pos.pinned_pieces(Us) & s)
 317             b &= LineBB[pos.square<KING>(Us)][s];
 318
 319         attackedBy2[Us] |= attackedBy[Us][ALL_PIECES] & b;
 320         attackedBy[Us][ALL_PIECES] |= attackedBy[Us][Pt] |= b;
 321
 322         if (Pt == QUEEN)
 323             attackedBy[Us][QUEEN_DIAGONAL] |= b & PseudoAttacks[BISHOP][s];
 324
 325         if (b & kingRing[Them])
 326         {
 327             kingAttackersCount[Us]++;
 328             kingAttackersWeight[Us] += KingAttackWeights[Pt];
 329             kingAdjacentZoneAttacksCount[Us] += popcount(b & attackedBy[Them][KING]);
 330         }
 331
 332         int mob = popcount(b & mobilityArea[Us]);
 333
 334         mobility[Us] += MobilityBonus[Pt - 2][mob];
 335
 336         // Bonus for this piece as a king protector
 337         score += KingProtector[Pt - 2] * distance(s, pos.square<KING>(Us));
 338
 339         if (Pt == BISHOP || Pt == KNIGHT)
 340         {
 341             // Bonus for outpost squares
 342             bb = OutpostRanks & ~pe->pawn_attacks_span(Them);
 343             if (bb & s)
 344                 score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & s)] * 2;
 345             else
 346             {
 347                 bb &= b & ~pos.pieces(Us);
 348                 if (bb)
 349                    score += Outpost[Pt == BISHOP][bool(attackedBy[Us][PAWN] & bb)];
 350             }
 351
 352             // Bonus when behind a pawn
 353             if (    relative_rank(Us, s) < RANK_5
 354                 && (pos.pieces(PAWN) & (s + pawn_push(Us))))
 355                 score += MinorBehindPawn;
 356
 357             if (Pt == BISHOP)
 358             {
 359                 // Penalty for pawns on the same color square as the bishop
 360                 score -= BishopPawns * pe->pawns_on_same_color_squares(Us, s);
 361
 362                 // Bonus for bishop on a long diagonal which can "see" both center squares
 363                 if (more_than_one(Center & (attacks_bb<BISHOP>(s, pos.pieces(PAWN)) | s)))
 364                     score += LongRangedBishop;
 365             }
 366
 367             // An important Chess960 pattern: A cornered bishop blocked by a friendly
 368             // pawn diagonally in front of it is a very serious problem, especially
 369             // when that pawn is also blocked.
 370             if (   Pt == BISHOP
 371                 && pos.is_chess960()
 372                 && (s == relative_square(Us, SQ_A1) || s == relative_square(Us, SQ_H1)))
 373             {
 374                 Direction d = pawn_push(Us) + (file_of(s) == FILE_A ? EAST : WEST);
 375                 if (pos.piece_on(s + d) == make_piece(Us, PAWN))
 376                     score -= !pos.empty(s + d + pawn_push(Us))                ? TrappedBishopA1H1 * 4
 377                             : pos.piece_on(s + d + d) == make_piece(Us, PAWN) ? TrappedBishopA1H1 * 2
 378                                                                               : TrappedBishopA1H1;
 379             }
 380         }
 381
 382         if (Pt == ROOK)
 383         {
 384             // Bonus for aligning with enemy pawns on the same rank/file
 385             if (relative_rank(Us, s) >= RANK_5)
 386                 score += RookOnPawn * popcount(pos.pieces(Them, PAWN) & PseudoAttacks[ROOK][s]);
 387
 388             // Bonus when on an open or semi-open file
 389             if (pe->semiopen_file(Us, file_of(s)))
 390                 score += RookOnFile[bool(pe->semiopen_file(Them, file_of(s)))];
 391
 392             // Penalty when trapped by the king, even more if the king cannot castle
 393             else if (mob <= 3)
 394             {
 395                 Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 396
 397                 if (   ((file_of(ksq) < FILE_E) == (file_of(s) < file_of(ksq)))
 398                     && !pe->semiopen_side(Us, file_of(ksq), file_of(s) < file_of(ksq)))
 399                     score -= (TrappedRook - make_score(mob * 22, 0)) * (1 + !pos.can_castle(Us));
 400             }
 401         }
 402
 403         if (Pt == QUEEN)
 404         {
 405             // Penalty if any relative pin or discovered attack against the queen
 406             Bitboard pinners;
 407             if (pos.slider_blockers(pos.pieces(Them, ROOK, BISHOP), s, pinners))
 408                 score -= WeakQueen;
 409         }
 410     }
 411
 412     if (T)
 413         Trace::add(Pt, Us, score);
 414
 415     return score;
 416   }
 417
 418
 419   // evaluate_king() assigns bonuses and penalties to a king of a given color
 420
 421   template<Tracing T>  template<Color Us>
 422   Score Evaluation<T>::evaluate_king() {
 423
 424     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 425     const Bitboard  Camp = (Us == WHITE ? AllSquares ^ Rank6BB ^ Rank7BB ^ Rank8BB
 426                                         : AllSquares ^ Rank1BB ^ Rank2BB ^ Rank3BB);
 427
 428     const Square ksq = pos.square<KING>(Us);
 429     Bitboard weak, b, b1, b2, safe, unsafeChecks;
 430
 431     // King shelter and enemy pawns storm
 432     Score score = pe->king_safety<Us>(pos, ksq);
 433
 434     // Main king safety evaluation
 435     if (kingAttackersCount[Them] > (1 - pos.count<QUEEN>(Them)))
 436     {
 437         // Attacked squares defended at most once by our queen or king
 438         weak =  attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 439               & ~attackedBy2[Us]
 440               & (attackedBy[Us][KING] | attackedBy[Us][QUEEN] | ~attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 441
 442         int kingDanger = unsafeChecks = 0;
 443
 444         // Analyse the safe enemy's checks which are possible on next move
 445         safe  = ~pos.pieces(Them);
 446         safe &= ~attackedBy[Us][ALL_PIECES] | (weak & attackedBy2[Them]);
 447
 448         b1 = attacks_bb<ROOK  >(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 449         b2 = attacks_bb<BISHOP>(ksq, pos.pieces() ^ pos.pieces(Us, QUEEN));
 450
 451         // Enemy queen safe checks
 452         if ((b1 | b2) & attackedBy[Them][QUEEN] & safe & ~attackedBy[Us][QUEEN])
 453             kingDanger += QueenSafeCheck;
 454
 455         b1 &= attackedBy[Them][ROOK];
 456         b2 &= attackedBy[Them][BISHOP];
 457
 458         // Enemy rooks checks
 459         if (b1 & safe)
 460             kingDanger += RookSafeCheck;
 461         else
 462             unsafeChecks |= b1;
 463
 464         // Enemy bishops checks
 465         if (b2 & safe)
 466             kingDanger += BishopSafeCheck;
 467         else
 468             unsafeChecks |= b2;
 469
 470         // Enemy knights checks
 471         b = pos.attacks_from<KNIGHT>(ksq) & attackedBy[Them][KNIGHT];
 472         if (b & safe)
 473             kingDanger += KnightSafeCheck;
 474         else
 475             unsafeChecks |= b;
 476
 477         // Unsafe or occupied checking squares will also be considered, as long as
 478         // the square is in the attacker's mobility area.
 479         unsafeChecks &= mobilityArea[Them];
 480
 481         kingDanger +=        kingAttackersCount[Them] * kingAttackersWeight[Them]
 482                      + 102 * kingAdjacentZoneAttacksCount[Them]
 483                      + 191 * popcount(kingRing[Us] & weak)
 484                      + 143 * popcount(pos.pinned_pieces(Us) | unsafeChecks)
 485                      - 848 * !pos.count<QUEEN>(Them)
 486                      -   9 * mg_value(score) / 8
 487                      +  40;
 488
 489         // Transform the kingDanger units into a Score, and substract it from the evaluation
 490         if (kingDanger > 0)
 491             score -= make_score(kingDanger * kingDanger / 4096, kingDanger / 16);
 492     }
 493
 494     // King tropism: firstly, find squares that opponent attacks in our king flank
 495     File kf = file_of(ksq);
 496     b = attackedBy[Them][ALL_PIECES] & KingFlank[kf] & Camp;
 497
 498     assert(((Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) & b) == 0);
 499     assert(popcount(Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4) == popcount(b));
 500
 501     // Secondly, add the squares which are attacked twice in that flank and
 502     // which are not defended by our pawns.
 503     b =  (Us == WHITE ? b << 4 : b >> 4)
 504        | (b & attackedBy2[Them] & ~attackedBy[Us][PAWN]);
 505
 506     score -= CloseEnemies * popcount(b);
 507
 508     // Penalty when our king is on a pawnless flank
 509     if (!(pos.pieces(PAWN) & KingFlank[kf]))
 510         score -= PawnlessFlank;
 511
 512     if (T)
 513         Trace::add(KING, Us, score);
 514
 515     return score;
 516   }
 517
 518
 519   // evaluate_threats() assigns bonuses according to the types of the attacking
 520   // and the attacked pieces.
 521
 522   template<Tracing T>  template<Color Us>
 523   Score Evaluation<T>::evaluate_threats() {
 524
 525     const Color     Them     = (Us == WHITE ? BLACK      : WHITE);
 526     const Direction Up       = (Us == WHITE ? NORTH      : SOUTH);
 527     const Direction Left     = (Us == WHITE ? NORTH_WEST : SOUTH_EAST);
 528     const Direction Right    = (Us == WHITE ? NORTH_EAST : SOUTH_WEST);
 529     const Bitboard  TRank3BB = (Us == WHITE ? Rank3BB    : Rank6BB);
 530
 531     Bitboard b, weak, defended, stronglyProtected, safeThreats;
 532     Score score = SCORE_ZERO;
 533
 534     // Non-pawn enemies attacked by a pawn
 535     weak = (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN)) & attackedBy[Us][PAWN];
 536
 537     if (weak)
 538     {
 539         b = pos.pieces(Us, PAWN) & ( ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]
 540                                     | attackedBy[Us][ALL_PIECES]);
 541
 542         safeThreats = (shift<Right>(b) | shift<Left>(b)) & weak;
 543
 544         score += ThreatBySafePawn * popcount(safeThreats);
 545     }
 546
 547     // Squares strongly protected by the opponent, either because they attack the
 548     // square with a pawn, or because they attack the square twice and we don't.
 549     stronglyProtected =  attackedBy[Them][PAWN]
 550                        | (attackedBy2[Them] & ~attackedBy2[Us]);
 551
 552     // Non-pawn enemies, strongly protected
 553     defended =  (pos.pieces(Them) ^ pos.pieces(Them, PAWN))
 554               & stronglyProtected;
 555
 556     // Enemies not strongly protected and under our attack
 557     weak =   pos.pieces(Them)
 558           & ~stronglyProtected
 559           &  attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 560
 561     // Add a bonus according to the kind of attacking pieces
 562     if (defended | weak)
 563     {
 564         b = (defended | weak) & (attackedBy[Us][KNIGHT] | attackedBy[Us][BISHOP]);
 565         while (b)
 566         {
 567             Square s = pop_lsb(&b);
 568             score += ThreatByMinor[type_of(pos.piece_on(s))];
 569             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 570                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 571         }
 572
 573         b = (pos.pieces(Them, QUEEN) | weak) & attackedBy[Us][ROOK];
 574         while (b)
 575         {
 576             Square s = pop_lsb(&b);
 577             score += ThreatByRook[type_of(pos.piece_on(s))];
 578             if (type_of(pos.piece_on(s)) != PAWN)
 579                 score += ThreatByRank * (int)relative_rank(Them, s);
 580         }
 581
 582         score += Hanging * popcount(weak & ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 583
 584         b = weak & attackedBy[Us][KING];
 585         if (b)
 586             score += ThreatByKing[more_than_one(b)];
 587     }
 588
 589     // Bonus for opponent unopposed weak pawns
 590     if (pos.pieces(Us, ROOK, QUEEN))
 591         score += WeakUnopposedPawn * pe->weak_unopposed(Them);
 592
 593     // Find squares where our pawns can push on the next move
 594     b  = shift<Up>(pos.pieces(Us, PAWN)) & ~pos.pieces();
 595     b |= shift<Up>(b & TRank3BB) & ~pos.pieces();
 596
 597     // Keep only the squares which are not completely unsafe
 598     b &= ~attackedBy[Them][PAWN]
 599         & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 600
 601     // Add a bonus for each new pawn threats from those squares
 602     b =  (shift<Left>(b) | shift<Right>(b))
 603        &  pos.pieces(Them)
 604        & ~attackedBy[Us][PAWN];
 605
 606     score += ThreatByPawnPush * popcount(b);
 607
 608     // Add a bonus for safe slider attack threats on opponent queen
 609     safeThreats = ~pos.pieces(Us) & ~attackedBy2[Them] & attackedBy2[Us];
 610     b =  (attackedBy[Us][BISHOP] & attackedBy[Them][QUEEN_DIAGONAL])
 611        | (attackedBy[Us][ROOK  ] & attackedBy[Them][QUEEN] & ~attackedBy[Them][QUEEN_DIAGONAL]);
 612
 613     score += ThreatByAttackOnQueen * popcount(b & safeThreats);
 614
 615     if (T)
 616         Trace::add(THREAT, Us, score);
 617
 618     return score;
 619   }
 620
 621
 622   // evaluate_passed_pawns() evaluates the passed pawns and candidate passed
 623   // pawns of the given color.
 624
 625   template<Tracing T>  template<Color Us>
 626   Score Evaluation<T>::evaluate_passed_pawns() {
 627
 628     const Color     Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 629     const Direction Up   = (Us == WHITE ? NORTH : SOUTH);
 630
 631     Bitboard b, bb, squaresToQueen, defendedSquares, unsafeSquares;
 632     Score score = SCORE_ZERO;
 633
 634     b = pe->passed_pawns(Us);
 635
 636     while (b)
 637     {
 638         Square s = pop_lsb(&b);
 639
 640         assert(!(pos.pieces(Them, PAWN) & forward_file_bb(Us, s + Up)));
 641
 642         bb = forward_file_bb(Us, s) & (attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them));
 643         score -= HinderPassedPawn * popcount(bb);
 644
 645         int r = relative_rank(Us, s) - RANK_2;
 646         int rr = r * (r - 1);
 647
 648         Value mbonus = Passed[MG][r], ebonus = Passed[EG][r];
 649
 650         if (rr)
 651         {
 652             Square blockSq = s + Up;
 653
 654             // Adjust bonus based on the king's proximity
 655             ebonus +=  distance(pos.square<KING>(Them), blockSq) * 5 * rr
 656                      - distance(pos.square<KING>(  Us), blockSq) * 2 * rr;
 657
 658             // If blockSq is not the queening square then consider also a second push
 659             if (relative_rank(Us, blockSq) != RANK_8)
 660                 ebonus -= distance(pos.square<KING>(Us), blockSq + Up) * rr;
 661
 662             // If the pawn is free to advance, then increase the bonus
 663             if (pos.empty(blockSq))
 664             {
 665                 // If there is a rook or queen attacking/defending the pawn from behind,
 666                 // consider all the squaresToQueen. Otherwise consider only the squares
 667                 // in the pawn's path attacked or occupied by the enemy.
 668                 defendedSquares = unsafeSquares = squaresToQueen = forward_file_bb(Us, s);
 669
 670                 bb = forward_file_bb(Them, s) & pos.pieces(ROOK, QUEEN) & pos.attacks_from<ROOK>(s);
 671
 672                 if (!(pos.pieces(Us) & bb))
 673                     defendedSquares &= attackedBy[Us][ALL_PIECES];
 674
 675                 if (!(pos.pieces(Them) & bb))
 676                     unsafeSquares &= attackedBy[Them][ALL_PIECES] | pos.pieces(Them);
 677
 678                 // If there aren't any enemy attacks, assign a big bonus. Otherwise
 679                 // assign a smaller bonus if the block square isn't attacked.
 680                 int k = !unsafeSquares ? 18 : !(unsafeSquares & blockSq) ? 8 : 0;
 681
 682                 // If the path to the queen is fully defended, assign a big bonus.
 683                 // Otherwise assign a smaller bonus if the block square is defended.
 684                 if (defendedSquares == squaresToQueen)
 685                     k += 6;
 686
 687                 else if (defendedSquares & blockSq)
 688                     k += 4;
 689
 690                 mbonus += k * rr, ebonus += k * rr;
 691             }
 692             else if (pos.pieces(Us) & blockSq)
 693                 mbonus += rr + r * 2, ebonus += rr + r * 2;
 694         } // rr != 0
 695
 696         // Scale down bonus for candidate passers which need more than one
 697         // pawn push to become passed or have a pawn in front of them.
 698         if (!pos.pawn_passed(Us, s + Up) || (pos.pieces(PAWN) & forward_file_bb(Us, s)))
 699             mbonus /= 2, ebonus /= 2;
 700
 701         score += make_score(mbonus, ebonus) + PassedFile[file_of(s)];
 702     }
 703
 704     if (T)
 705         Trace::add(PASSED, Us, score);
 706
 707     return score;
 708   }
 709
 710
 711   // evaluate_space() computes the space evaluation for a given side. The
 712   // space evaluation is a simple bonus based on the number of safe squares
 713   // available for minor pieces on the central four files on ranks 2--4. Safe
 714   // squares one, two or three squares behind a friendly pawn are counted
 715   // twice. Finally, the space bonus is multiplied by a weight. The aim is to
 716   // improve play on game opening.
 717
 718   template<Tracing T>  template<Color Us>
 719   Score Evaluation<T>::evaluate_space() {
 720
 721     const Color Them = (Us == WHITE ? BLACK : WHITE);
 722     const Bitboard SpaceMask =
 723       Us == WHITE ? CenterFiles & (Rank2BB | Rank3BB | Rank4BB)
 724                   : CenterFiles & (Rank7BB | Rank6BB | Rank5BB);
 725
 726     // Find the safe squares for our pieces inside the area defined by
 727     // SpaceMask. A square is unsafe if it is attacked by an enemy
 728     // pawn, or if it is undefended and attacked by an enemy piece.
 729     Bitboard safe =   SpaceMask
 730                    & ~pos.pieces(Us, PAWN)
 731                    & ~attackedBy[Them][PAWN]
 732                    & (attackedBy[Us][ALL_PIECES] | ~attackedBy[Them][ALL_PIECES]);
 733
 734     // Find all squares which are at most three squares behind some friendly pawn
 735     Bitboard behind = pos.pieces(Us, PAWN);
 736     behind |= (Us == WHITE ? behind >>  8 : behind <<  8);
 737     behind |= (Us == WHITE ? behind >> 16 : behind << 16);
 738
 739     // Since SpaceMask[Us] is fully on our half of the board...
 740     assert(unsigned(safe >> (Us == WHITE ? 32 : 0)) == 0);
 741
 742     // ...count safe + (behind & safe) with a single popcount.
 743     int bonus = popcount((Us == WHITE ? safe << 32 : safe >> 32) | (behind & safe));
 744     int weight = pos.count<ALL_PIECES>(Us) - 2 * pe->open_files();
 745
 746     return make_score(bonus * weight * weight / 16, 0);
 747   }
 748
 749
 750   // evaluate_initiative() computes the initiative correction value for the
 751   // position, i.e., second order bonus/malus based on the known attacking/defending
 752   // status of the players.
 753
 754   template<Tracing T>
 755   Score Evaluation<T>::evaluate_initiative(Value eg) {
 756
 757     int kingDistance =  distance<File>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK))
 758                       - distance<Rank>(pos.square<KING>(WHITE), pos.square<KING>(BLACK));
 759     bool bothFlanks = (pos.pieces(PAWN) & QueenSide) && (pos.pieces(PAWN) & KingSide);
 760
 761     // Compute the initiative bonus for the attacking side
 762     int initiative = 8 * (pe->pawn_asymmetry() + kingDistance - 17) + 12 * pos.count<PAWN>() + 16 * bothFlanks;
 763
 764     // Now apply the bonus: note that we find the attacking side by extracting
 765     // the sign of the endgame value, and that we carefully cap the bonus so
 766     // that the endgame score will never change sign after the bonus.
 767     int v = ((eg > 0) - (eg < 0)) * std::max(initiative, -abs(eg));
 768
 769     if (T)
 770         Trace::add(INITIATIVE, make_score(0, v));
 771
 772     return make_score(0, v);
 773   }
 774
 775
 776   // evaluate_scale_factor() computes the scale factor for the winning side
 777
 778   template<Tracing T>
 779   ScaleFactor Evaluation<T>::evaluate_scale_factor(Value eg) {
 780
 781     Color strongSide = eg > VALUE_DRAW ? WHITE : BLACK;
 782     ScaleFactor sf = me->scale_factor(pos, strongSide);
 783
 784     // If we don't already have an unusual scale factor, check for certain
 785     // types of endgames, and use a lower scale for those.
 786     if (sf == SCALE_FACTOR_NORMAL || sf == SCALE_FACTOR_ONEPAWN)
 787     {
 788         if (pos.opposite_bishops())
 789         {
 790             // Endgame with opposite-colored bishops and no other pieces (ignoring pawns)
 791             // is almost a draw, in case of KBP vs KB, it is even more a draw.
 792             if (   pos.non_pawn_material(WHITE) == BishopValueMg
 793                 && pos.non_pawn_material(BLACK) == BishopValueMg)
 794                 return more_than_one(pos.pieces(PAWN)) ? ScaleFactor(31) : ScaleFactor(9);
 795
 796             // Endgame with opposite-colored bishops, but also other pieces. Still
 797             // a bit drawish, but not as drawish as with only the two bishops.
 798             return ScaleFactor(46);
 799         }
 800         // Endings where weaker side can place his king in front of the opponent's
 801         // pawns are drawish.
 802         else if (    abs(eg) <= BishopValueEg
 803                  &&  pos.count<PAWN>(strongSide) <= 2
 804                  && !pos.pawn_passed(~strongSide, pos.square<KING>(~strongSide)))
 805             return ScaleFactor(37 + 7 * pos.count<PAWN>(strongSide));
 806     }
 807
 808     return sf;
 809   }
 810
 811
 812   // value() is the main function of the class. It computes the various parts of
 813   // the evaluation and returns the value of the position from the point of view
 814   // of the side to move.
 815
 816   template<Tracing T>
 817   Value Evaluation<T>::value() {
 818
 819     assert(!pos.checkers());
 820
 821     // Probe the material hash table
 822     me = Material::probe(pos);
 823
 824     // If we have a specialized evaluation function for the current material
 825     // configuration, call it and return.
 826     if (me->specialized_eval_exists())
 827         return me->evaluate(pos);
 828
 829     // Initialize score by reading the incrementally updated scores included in
 830     // the position object (material + piece square tables) and the material
 831     // imbalance. Score is computed internally from the white point of view.
 832     Score score = pos.psq_score() + me->imbalance() + Eval::Contempt;
 833
 834     // Probe the pawn hash table
 835     pe = Pawns::probe(pos);
 836     score += pe->pawns_score();
 837
 838     // Early exit if score is high
 839     Value v = (mg_value(score) + eg_value(score)) / 2;
 840     if (abs(v) > LazyThreshold)
 841        return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v;
 842
 843     // Main evaluation begins here
 844
 845     initialize<WHITE>();
 846     initialize<BLACK>();
 847
 848     score += evaluate_pieces<WHITE, KNIGHT>() - evaluate_pieces<BLACK, KNIGHT>();
 849     score += evaluate_pieces<WHITE, BISHOP>() - evaluate_pieces<BLACK, BISHOP>();
 850     score += evaluate_pieces<WHITE, ROOK  >() - evaluate_pieces<BLACK, ROOK  >();
 851     score += evaluate_pieces<WHITE, QUEEN >() - evaluate_pieces<BLACK, QUEEN >();
 852
 853     score += mobility[WHITE] - mobility[BLACK];
 854
 855     score +=  evaluate_king<WHITE>()
 856             - evaluate_king<BLACK>();
 857
 858     score +=  evaluate_threats<WHITE>()
 859             - evaluate_threats<BLACK>();
 860
 861     score +=  evaluate_passed_pawns<WHITE>()
 862             - evaluate_passed_pawns<BLACK>();
 863
 864     if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
 865         score +=  evaluate_space<WHITE>()
 866                 - evaluate_space<BLACK>();
 867
 868     score += evaluate_initiative(eg_value(score));
 869
 870     // Interpolate between a middlegame and a (scaled by 'sf') endgame score
 871     ScaleFactor sf = evaluate_scale_factor(eg_value(score));
 872     v =  mg_value(score) * int(me->game_phase())
 873        + eg_value(score) * int(PHASE_MIDGAME - me->game_phase()) * sf / SCALE_FACTOR_NORMAL;
 874
 875     v /= int(PHASE_MIDGAME);
 876
 877     // In case of tracing add all remaining individual evaluation terms
 878     if (T)
 879     {
 880         Trace::add(MATERIAL, pos.psq_score());
 881         Trace::add(IMBALANCE, me->imbalance());
 882         Trace::add(PAWN, pe->pawns_score());
 883         Trace::add(MOBILITY, mobility[WHITE], mobility[BLACK]);
 884         if (pos.non_pawn_material() >= SpaceThreshold)
 885             Trace::add(SPACE, evaluate_space<WHITE>()
 886                             , evaluate_space<BLACK>());
 887         Trace::add(TOTAL, score);
 888     }
 889
 890     return pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // Side to move point of view
 891   }
 892
 893 } // namespace
 894
 895 Score Eval::Contempt = SCORE_ZERO;
 896
 897 /// evaluate() is the evaluator for the outer world. It returns a static evaluation
 898 /// of the position from the point of view of the side to move.
 899
 900 Value Eval::evaluate(const Position& pos)
 901 {
 902    return Evaluation<>(pos).value() + Eval::Tempo;
 903 }
 904
 905 /// trace() is like evaluate(), but instead of returning a value, it returns
 906 /// a string (suitable for outputting to stdout) that contains the detailed
 907 /// descriptions and values of each evaluation term. Useful for debugging.
 908
 909 std::string Eval::trace(const Position& pos) {
 910
 911   std::memset(scores, 0, sizeof(scores));
 912
 913   Value v = Evaluation<TRACE>(pos).value() + Eval::Tempo;
 914   v = pos.side_to_move() == WHITE ? v : -v; // White's point of view
 915
 916   std::stringstream ss;
 917   ss << std::showpoint << std::noshowpos << std::fixed << std::setprecision(2)
 918      << "      Eval term |    White    |    Black    |    Total    \n"
 919      << "                |   MG    EG  |   MG    EG  |   MG    EG  \n"
 920      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 921      << "       Material | " << Term(MATERIAL)
 922      << "      Imbalance | " << Term(IMBALANCE)
 923      << "          Pawns | " << Term(PAWN)
 924      << "        Knights | " << Term(KNIGHT)
 925      << "        Bishops | " << Term(BISHOP)
 926      << "          Rooks | " << Term(ROOK)
 927      << "         Queens | " << Term(QUEEN)
 928      << "       Mobility | " << Term(MOBILITY)
 929      << "    King safety | " << Term(KING)
 930      << "        Threats | " << Term(THREAT)
 931      << "   Passed pawns | " << Term(PASSED)
 932      << "          Space | " << Term(SPACE)
 933      << "     Initiative | " << Term(INITIATIVE)
 934      << "----------------+-------------+-------------+-------------\n"
 935      << "          Total | " << Term(TOTAL);
 936
 937   ss << "\nTotal Evaluation: " << to_cp(v) << " (white side)\n";
 938
 939   return ss.str();
 940 }